(57)【要約】【課題】  熱応力による変形を防止しつつ、出力密度を高める。【解決手段】  セパレータユニット１とセルユニット３とを交互に多数積層し、この積層体の上下両端部を固定部材５，７で挟持してボルト９・ナット１１で締結する。中心部には水素ガス流路１５を、その外側に空気ガス流路１７をそれぞれ設ける。セパレータユニット１は、円盤状のセパレータ側ガス分配部材１９の上にセパレータ２１を接合する。セパレータ２１は、セパレータ側ガス分配部材１９に接合する円盤部２３とその外周のテーパ部２５とを有する。セルユニット３は、円盤状のセル側ガス分配部材２７の上に電解質２９を接合する。電解質２９は、セル側ガス分配部材２７に接合する円盤部３１と、その外側のテーパ部３３とを有する。テーパ部３３の上下両面には空気極，燃料極を設け、空気極，燃料極とセパレータ２１との間には、集電体３９，４１を配置する。【選択図】      図１
2005353461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２系統のガス流路を有するセル側ガス分配部材の外周に、電解質およびその両側の一対の電極を備えて前記セル側ガス分配部材に対して所定角度傾斜するテーパ部を備えた発電セルを設けてセルユニットを形成するとともに、前記２系統のガス流路を有するセパレータ側ガス分配部材の外周に、このセパレータ側ガス分配部材に対して所定角度傾斜するテーパ部を備えたセパレータを設けてセパレータユニットを形成し、前記セルユニットと前記セパレータユニットとを一組としてこれらを多数積層し、かつ前記発電セルと前記セパレータとの間に導電性のインターコネクタを介装し、前記２系統の各ガス流路と前記発電セルにおける前記電解質両側の各インターコネクタ設置領域とを別々に連通状態として、これら各インターコネクタ設置領域に前記２系統の各ガスをそれぞれ別々に供給することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記セパレータと前記セパレータ側ガス分配部材とを電気的に接続し、前記発電セルの前記一対の電極のうち一方を前記セル側ガス分配部材に電気的に接続するとともに、前記発電セルの前記一対の電極のうち他方を前記セル側ガス分配部材に電気的に絶縁させ、この他方の電極側における前記セル側ガス分配部材と前記セパレータ側ガス分配部材との間に、気密性を有する電気的絶縁層を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記セパレータは、前記セパレータ側ガス分配部材に積層状態で接合する平板部と、この平板部の外周縁部から外側へ延びるテーパ部とをそれぞれ有し、前記発電セルは、前記一方の電極と前記セル側ガス分配部材とを金属板で接続したことを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記セパレータと前記セパレータ側ガス分配部材とを電気的に絶縁させるとともに、前記発電セルの各電極と前記セル側ガス分配部材とを電気的に絶縁させたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記セパレータを前記セパレータ側ガス分配部材に対して絶縁性接着剤で接続するとともに、電気的絶縁層となる前記電解質と前記セル側ガス分配部材とを金属板を介して接続したことを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】
前記金属板を２枚の金属箔で構成し、この各金属箔の一方の端部を互いに突き合わせつつ前記セル側ガス分配部材に接合するとともに、他方の端部で前記電解質を両側から挟むようにして接続したことを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
【請求項７】
前記セパレータおよび前記発電セルの一対の電極の三つのうちのいずれか一つを、前記セル側またはセパレータ側ガス分配部材に電気的に接続する一方、他の二つを電気的に絶縁し、前記電気的に接続したガス分配部材と他のガス分配部材との間に電気的絶縁層を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項８】
前記セル側ガス分配部材および前記セパレータ側ガス分配部材のそれぞれの外周部と、前記テーパ部とした前記セパレータおよび前記発電セルのそれぞれの内周部とを、溶接により接続したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記セル側およびセパレータ側各ガス分配部材を、外形を互いに同形状として互いに重ね合わせるとともに、前記発電セルおよび前記セパレータを、その各テーパ部の傾斜角度を互いに同角度として互いに重ね合わせ、前記セルユニットおよび前記セパレータユニットを一組としてこれらを多数積層した積層体を、両端から加圧して締結したことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記インターコネクタと前記セル側およびセパレータ側各分配部材との間には、前記２系統のガス流路にそれぞれ連通する空間を設けたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に高温で動作させる固体酸化物型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）としては、例えば下記特許文献１に記載されたものがあり、大別して平板型と円筒型がある。このうち、出力密度を上げやすいとされている平板型は、方形のものと円盤型のものにさらに大別され、中でも円盤型は熱応力が集中する特異点が存在しないため、応力が分散して信頼性が向上することから、円盤状のセルを多数重ねたタイプが、多くの研究機関で検討されている。
【０００３】
一方、円筒型では、ガスを供給する一端を保持する構造の場合、熱変形が長さ方向に許容されるため熱応力に強く、ウェスチングハウス社を代表例として１０００℃程度の高温動作型の燃料電池の実用化が最も進んでいる。
【特許文献１】特開平６−２４３８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、平板型では熱応力に強い円盤型とした場合であっても、高速起動する際には、温度の不均一が生じ易く、電解質やインターコネクタ・セパレータなどが歪むために、応力集中点でクラックが入るなどの不安点は払拭されない。
【０００５】
この場合、積層する堅固な平板の円盤同士を強固に固定しない構造とすれば、比較的応力による変形を原因とする破壊から逃れることは可能であるが、逆にこれは僅かな変形でもインターコネクトの為の接触の均一性が損なわれものとなるために、Ｓｕｌｚｅｒ社の例のように円盤の強度を確保せねばならないためパッキング密度を上げられず、体積あたりの出力を大きく取ることは難しくなる。
【０００６】
また、円筒型においては大型のものは製造が容易だが、長手方向にガス濃度に差が生じるために、ガス濃度差に応じて起電力に差を生じ、内部で電力を消費することが知られている。
【０００７】
一方、前記した特許文献１に記載の発明では、テーパ管型のセルをその軸方向に複数連結して機械的強度やガスシール性の向上を図っているが、基体となるテーパ管を厚肉としているために、無駄な空間が多く、出力密度は挙げ難い。
【０００８】
また、円筒型の燃料電池を、多数高密度に筐体内にパッキングする場合には、ガス供給系の接続が容易でなく、したがって高密度に円筒型の燃料電池を筐体内にパッキングすることが難しく、体積出力密度を高めることは困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、堅固な部材を用いずとも熱応力による変形を防止しつつ、出力密度を高めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、２系統のガス流路を有するセル側ガス分配部材の外周に、電解質およびその両側の一対の電極を備えて前記セル側ガス分配部材に対して所定角度傾斜するテーパ部を備えた発電セルを設けてセルユニットを形成するとともに、前記２系統のガス流路を有するセパレータ側ガス分配部材の外周に、このセパレータ側ガス分配部材に対して所定角度傾斜するテーパ部を備えたセパレータを設けてセパレータユニットを形成し、前記セルユニットと前記セパレータユニットとを一組としてこれらを多数積層し、かつ前記発電セルと前記セパレータとの間に導電性のインターコネクタを介装し、前記２系統の各ガス流路と前記発電セルにおける前記電解質両側の各インターコネクタ設置領域とを別々に連通状態として、これら各インターコネクタ設置領域に前記２系統の各ガスをそれぞれ別々に供給することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発電セルおよびセパレータにテーパ部を設けたので、熱変形に対する強度が向上して信頼性が向上する。また、セルユニットとセパレータユニットを一組としてこれらを多数積層し、かつ発電セルとガスセパレータとの間には、導電性のインターコネクタを介装することで、安定した電気的接続が可能となって発電効率が向上する上、発電セルおよびガスセパレータにテーパ部を設けたことにより、発電領域が径の割に大きくなり、セルユニットとセパレータユニットとを積層可能なことと合わせて無駄空間が減少し、出力密度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す固体酸化物型燃料電池の断面図である。この燃料電池は、図２（ａ）に示すセパレータユニット１と図２（ｂ）に示すセルユニット３とを一組として、これらを多数積層したもので、この積層体を、上下の固定部材５，７により挟み込み、中心部を貫通するボルト９およびナット１１により締結している。このとき、上部の固定部材５の積層方向外側中心部に凹部５ａを形成し、この凹部５ａとナット１１との間に皿ばね１３を介装している。皿ばね１３には、後述するガス流路１５に連通する貫通孔１３ａを円周方向に沿って複数設けている。
【００１４】
また、固定部材５は、セパレータユニット１の後述するテーパ部に合わせて図１中で下方に凸となるテーパ面５ｂを備え、固定部材７は、セルユニット３の後述するテーパ部に合わせて図１中で上部に凹となるテーパ面７ａをそれぞれ備えている。
【００１５】
上記した積層体の中心部には、前記したボルト９を挿入するガス流路１５を上下方向に貫通して形成する。このガス流路１５は、図１に示すように、上部の固定部材５に形成した凹部５ａに連通し、凹部５ａを通してガス流路１５に燃料ガスとして水素ガスを供給する。
【００１６】
上記ガス流路１５の外周側には、他のガス流路１７を上下方向に貫通して形成する。このガス流路１７は、下部の固定部材７に形成したガス導入孔７ａに連通し、このガス導入孔７ａを通して酸化剤ガスとして空気を供給する。
【００１７】
セパレータユニット１は、図２（ａ）に示すように、例えば直径５０ｍｍの円盤状のセパレータ側ガス分配部材１９と、その上部に接合する例えば厚さ１００μｍ程度のセパレータ２１とをそれぞれ備え、これらはいずれもＳＵＳ４３０などの導電性の耐熱金属からなる。セパレータ側ガス分配部材１９は、中心部に前記したガス流路１５を構成する貫通孔１９ａを備えるとともに、その側方に、前記したガス流路１７を構成する貫通孔１９ｂを備える。また、貫通孔１９ｂには、外周面に開口する連通孔１９ｃを形成する。
【００１８】
図３（ａ）は、上記したセパレータ側ガス分配部材１９の平面図で、貫通孔１９ｂおよび連通孔１９ｃは、円周方向等間隔にそれぞれ４つ設けてあり、後述するセパレータ２５の貫通孔２３ｂも貫通孔１９ｂに対応して４つ設けている。
【００１９】
一方、セパレータ２１は、セル側ガス分配部材１９の上部に拡散接合によって一体化する平板部としての円盤部２３と、円盤部２３の外周縁部に内周縁部が連続し、外周側ほど図２中で上部となるような円錐形状のテーパ部２５とをそれぞれ備える。すなわち、セパレータ２１は、セパレータ側ガス分配部材１９に対して所定角度傾斜するテーパ部２５をを備えている。
【００２０】
円盤部２３には、前記したセパレータ側ガス分配部材１９に形成した貫通孔１９ａに整合して前記したガス流路１５を構成するする貫通孔２３ａと、同様にセパレータ側ガス分配部材１９に形成した貫通孔１９ｂに整合して前記したガス流路１７を構成する貫通孔２３ｂとをそれぞれ備える。
【００２１】
セルユニット３は、図２（ｂ）に示すように、セパレータ側ガス分配部材１９と外形が同形状の円盤状のセル側ガス分配部材２７と、その上部に接合する電解質２９とをそれぞれ備える。セル側ガス分配部材２７は、ＳＵＳ４３０などの導電性の耐熱金属からなり、中心部に前記したガス流路１５を構成する貫通孔２７ａを備えるとともに、その側方に、前記したガス流路１７を構成する貫通孔２７ｂを備える。また、貫通孔２７ａには、外周面に開口する連通孔２７ｃを形成する。
【００２２】
図３（ｂ）は、上記したセル側ガス分配部材２７の平面図で、貫通孔２７ｂおよび連通孔２７ｃは、円周方向等間隔にそれぞれ４つ設けてあり、後述する電解質２９の貫通孔３１ｂも貫通孔２７ｂに対応して同様に４つ設けている。
【００２３】
電解質２９は、スカンジアをドープしたジルコニア製の電解質（ＳｃＳＺ）で、例えば厚さ１００μｍに焼成して、その中心側の円盤部３１を、セル側ガス分配部材２７に、Ａｕロウ付けにより接合し、セパレータ側ガス分配部材１９に対する絶縁および積層方向のガスシール性を確保する。すなわち、ここでは電解質２９が電気的絶縁材となる。
【００２４】
電解質２９における円盤部３１の外周縁部には、内周縁部が連続して外周側ほど図２中で上部となるような円錐形状のテーパ部３３を一体に備える。すなわち、電解質２９は、セル側ガス分配部材２７に対して所定角度傾斜するテーパ部３３を備えている。
【００２５】
円盤部３１には、前記したセル側ガス分配部材２７に形成した貫通孔２７ａに整合して前記したガス流路１５を構成する貫通孔３１ａと、同様にセル側ガス分配部材２７に形成した貫通孔２７ｂに整合して前記したガス流路１７を構成する貫通孔３１ｂとをそれぞれ備える。
【００２６】
なお、上記したセル側およびセパレータ側各ガス分配部材２７および１９の積層界面はガスシール性を有しており、このガスシールは、セラミックス系接着剤を塗布しながら張り合わせて行くことで可能である。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、電解質２９のテーパ部３３の上面側には空気極３５を、同下面側には燃料極３７をそれぞれ焼成して形成する。また、空気極３５および燃料極３７上には、多孔質で柔軟性を有する導電性のインターコネクタを構成する集電体３９，４１をそれぞれ配置する。上記した電解質２９と空気極３５，燃料極３７とで発電セルを構成している。
【００２８】
このとき、図１に示すように、集電体３９とセパレータ側ガス分配部材１９との間には、前記したガス流路１７に連通孔１９ｃを通して連通する空間３０を設けるとともに、集電体４１とセル側ガス分配部材２７との間には、前記したガス流路１５に連通孔２７ｃを通して連通する空間４０を設けている。
【００２９】
なお、図１では、簡略化のため、上記した空気極３５および燃料極３７は省略している。
【００３０】
上記した燃料電池においては、図１に示すように、図中で上部からガス流路１５に供給した水素ガスは、セル側ガス分配部材２７の連通孔２７ｃを通り、空間４０を経て燃料極３７側のインターコネクタ４１の設置領域に流れ込む。一方、図１中で下部からガス流路１７に供給した空気は、連通孔１９ｃを通り、空間３０を経て空気極３５側のインターコネクタ３９の設置領域に流れ込む。
【００３１】
このように、電解質２９を間に挟んでその両側の燃料極３７および空気極３５に、燃料である水素ガスおよび酸化剤ガスである空気を供給することで、燃料電池として発電がなされる。
【００３２】
このような本実施形態による燃料電池は、セルユニット３における発電セルを構成する電解質２９およびセパレータユニット１におけるセパレータ２１のそれぞれの外周側を、円錐形状のテーパ部３３およびテーパ部２５としたので、熱変形に対する強度が向上して信頼性が向上する。
【００３３】
また、セルユニット３およびセパレータユニット１を一組としてこれらを多数積層し、かつ発電セルとセパレータ２１のテーパ部２５との間には、多孔質で柔軟性を有する導電性の集電体３９，４１を介装することで、安定した電気的接続が可能となって発電効率が向上する上、上記した円錐形状により、発電領域が全体の径の割に大きくなり、セルユニット３とセパレータユニット１とを積層可能なことと合わせて無駄空間が減少し、出力密度を高めることができる。
【００３４】
また、平板型の燃料電池では、できるだけ層厚を薄くしたい発電セルに合わせて中心部のガス分配部材を構成しようとすると、加工が非常に困難となるが、本実施形態では、構造維持用のセル側，セパレータ側の各ガス分配部材１９，２７の厚さを厚くできるとともに、ガス流路断面も大きくできるので、製作が容易となる。
【００３５】
さらに、図１中で上下両端の固定部材５および７は、セパレータユニット１およびセルユニット３にそれぞれ接するテーパ面５ｂおよび７ａが、テーパ部２５および３３と同じ傾斜角を有するので、セパレータユニット１およびセルユニット３を多数積層してボルト９，ナット１１によって締結することで、互いに強く接触し、締結力を過大にすることなく、円錐形状部には効果的な積層圧力を印加でき、全体の結合強度を確保しつつ集電性能を確保できるため、発電効率が高いだけでなく振動による出力変動も減少する。
【００３６】
また、集電体４１，３９と、セル側，セパレータ側の各ガス分配部材２７，１９との間には、前記２系統のガス流路１５，１７にそれぞれ連通する空間４０，３０を設けたので、この空間４０，３０がガス分配室となり、中心部より２系統のガスを、ガス分配室となる各空間４０，３０から、ガスを均一に反応系へ分配することができ、発電効率を高めることができる。また、空間４０，３０を設けるにあたっては特段の加工が必要がなく、コストも低減する。
【００３７】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す、前記図２に相当するセパレータユニット１およびセルユニット３の断面図である。この実施形態は、図４（ａ）に示すセパレータユニット１については図２（ａ）と同様である。したがって図４（ｂ）に示すセルユニット３についてのみ説明する。
【００３８】
図４（ｂ）に示すセルユニット３は、セパレータ側ガス分配部材２７の外周縁部に円錐形状の金属板としての金属箔４３の内周縁部を溶接により接合し、金属箔４３の図４中で上面側に燃料極３７，電解質４５，空気極３５を順に形成する。空気極３５のさらに上面には集電体３９を、金属箔４３の燃料極３７と反対側には集電体４１をそれぞれ配置する。
【００３９】
すなわちこの実施形態では、セパレータ２１とセパレータ側ガス分配部材１９とを電気的に接続し、発電セルの一対の電極のうちの一方（燃料極３７）をセル側ガス分配部材２７に金属箔４３を介して電気的に接続するとともに、他方の電極（空気極３５）をセル側ガス分配部材２７に対して電気的に絶縁させている。
【００４０】
そして、空気極３５に対して電気的絶縁状態のセル側ガス分配部材２７とセパレータ側ガス分配部材１９との間には、気密性を有する電気的絶縁層４７を設けている。この電気的絶縁層４７には、セパレータ側ガス分配部材１９の貫通孔１９ａに整合する貫通孔４７ａと、セパレータ側ガス分配部材１９の貫通孔１９ｂに整合する貫通孔４７ｂとをそれぞれ備えている。
【００４１】
上記した第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
なお、前述の第１の実施形態では、上記した第２の実施形態における電気的絶縁層４７を、電解質２９の円盤部３１が構成することになる。
【００４３】
図５は、図４の実施形態の変形例で、セル側ガス分配部材２７の外周縁部に円錐形状の金属箔４３の内周縁部を溶接により接合し、金属箔４３の図４中で下面側に空気極３５，電解質４５，燃料極３７を順に形成する。燃料極３７のさらに下面には集電体４１を、金属箔４３の空気極３５と反対側には集電体３９をそれぞれ配置する。
【００４４】
この例では、図４の例とは逆に、空気極３５が金属箔４３を介してセル側ガス分配部材２７に電気的に接続し、燃料極３７をセル側ガス分配部材２７に対して電気的に絶縁させている。したがって、ここでは図５中でセル側ガス分配部材２７の下部側に、電気的絶縁層４７を配置する。
【００４５】
図６（ａ）は、本発明の第３の実施形態を示す、前記図２に相当するセパレータユニット１およびセルユニット３の断面図である。この実施形態では、図６（ａ）に示すセパレータユニット１は、セパレータ４９を円錐形状のテーパ部のみを有する形状とし、その内周縁部をセパレータ側ガス分配部材１９に溶接により接合している。
【００４６】
また、図６（ｂ）に示すセルユニット３は、その一部を拡大した図７に示すように、セル側ガス分配部材２７の外周縁部に円錐形状の金属箔５１の内周縁部を溶接により接合し、金属箔５１の図７中で上面側に電解質４５および空気極３５を、下面側に燃料極３７をそれぞれ形成する。金属箔５１の電解質４５と燃料極３７との間の部分は、多孔質形状とする。空気極３５および燃料極３７のそれぞれの外側には、集電体３９および４１を配置する。
【００４７】
また、セパレータユニット１およびセルユニット３を順次積層する際に、これら両者をセラミックス板５３を介してセラミックス接着剤で接合し、これにより電気的絶縁処理を施している。セラミックス板５３には、セパレータ側ガス分配部材１９の貫通孔１９ａ，１９ｂにそれぞれ対応する貫通孔５３ａ，５３ｂを設けている。
【００４８】
上記した第３の実施形態では、前記した第２の実施形態でも同様であるが、金属箔５１とセル側ガス分配部材２７とが角度をもって接続しているため、これら両者相互を例えばＴＩＧやアーク、その他レーザなどの簡便な溶接法で接合することができ、高温で処理するロウ付けや拡散接合を用いることなく、金属箔５１（第２の実施形態では金属箔４３）の歪みを防止することができる。
【００４９】
このような第３の実施形態による燃料電池は、金属箔５１上に発電セルを形成することで、全体の薄厚化および、薄型化によるパッキング密度向上に基づく出力密度の増加が顕著なものとなる。
【００５０】
図８は、本発明の第４の実施形態を示す、前記図２に相当するセパレータユニット１およびセルユニット３の右半分のみを示す断面図である。この実施形態は、セパレータ４９および、発電セルの一対の電極である空気極３５，燃料極３７の三つのうちのいずれか一つを、セパレータ側ガス分配部材１９またはセル側ガス分配部材２７に電気的に接続し、他の二つを電気的に絶縁し、前記電気的に接続したガス分配部材と他のガス分配部材との間に、気密性を有する電気的絶縁材Ａ，Ｂ，Ｃのいずれかを設けた構成としている。
【００５１】
この実施形態では、表１に示す３つの組合せがあり、この３つの組合せ例を図８に一括して示している。
【表１】
2005353461.tif 000003
【００５２】
組合せ（１）として、セパレータ４９とセパレータ側ガス分配部材１９とを電気的に接続（Ｐ）し、他の二つの電極すなわち空気極３５および燃料極３７をセル側ガス分配部材２７に対して電気的に絶縁する。この場合には、電気的絶縁材Ａを、図８中でセパレータ側ガス分配部材１９の上部に配置する。
【００５３】
組合せ（２）として、空気極３５とセル側ガス分配部材２７とを電気的に接続（Ｑ）し、セパレータ４９とセパレータ側ガス分配部材１９との間および、燃料極３７とセル側ガス分配部材２７との間を、それぞれ電気的に絶縁する。この場合には、電気的絶縁材Ｂを、図８中でセパレータ側ガス分配部材１９の下部に配置する。
【００５４】
組合せ（３）として、燃料極３７とセル側ガス分配部材２７とを電気的に接続（Ｒ）し、セパレータ４９とセパレータ側ガス分配部材１９との間および、空気極３５とセル側ガス分配部材２７との間を、それぞれ電気的に絶縁する。この場合には、電気的絶縁材Ｃを、図８中でセル側ガス分配部材２７の下部に配置する。
【００５５】
図９は、本発明の第５の実施形態を示す、前記図２に相当するセパレータユニット１およびセルユニット３の右半分のみを示す断面図である。この実施形態では、セパレータユニット１は、セパレータ５５を、円錐形状のテーパ部のみを有する形状とし、その内周縁部を絶縁性接着剤５７を介して円錐形状の金属箔５９の外周側を接合し、金属箔５９の内周側の端部をセパレータ側ガス分配部材１９に溶接により接合する。
【００５６】
一方、セルユニット３は、円錐形状の電解質４５の内周側端部を、金属板としての円錐形状の２枚の金属箔６１，６３の外周側端部で挟み、各金属箔６１，６３の内周側端部を、互いに突き合わせた状態でセル側ガス分配部材２７の外周部に溶接により接合する。
【００５７】
すなわちこの実施形態は、セパレータ５５とセパレータ側ガス分配部材１９とを電気的に絶縁するとともに、発電セルにおける空気極３５および燃料極３７とセル側ガス分配部材２７とを電気的に絶縁している。
【００５８】
上記した第５の実施形態によれば、中心部のセパレータ側ガス分配部材１９とセル側ガス分配部材２７との積層体構成時に、電気的絶縁とガスシーリングを同時に取る必要がなく、ガスシーリングのみ考慮すればよいため、各ガス分配部材１９，２７相互は、溝を形成してはめ込むなどの組み立てが簡単なガスシール構造を採用することでき、積層組立工程が容易となってコストダウンを図ることができる。
【００５９】
上記した金属箔６１，６３は円錐形状であり、この２枚の金属箔６１，６３により円錐形状の電解質４５を挟み込んで接続しているので、この接続部で金属箔６１，６３および電解質４５が強固に固定される。
【００６０】
ここで、電解質４５の表裏間でガスシールを確保する際に、図１０に示すように、２枚の金属箔６１，６３相互間に、ガラスや接着剤６５を充填する場合でも、ガラスや接着剤６５に接着強度を要求する必要がなく、組み立てが極めて簡単になる。
【００６１】
なお、図１１に示すように、セパレータ５５に対しても、２枚の金属箔６７，６９で、電気的絶縁材となるガラス７１を介して挟み込む構造を採用でき、これにより発電セル側と同様に接続強度を向上させることができる。
【００６２】
本発明によれば、前記セパレータと前記セパレータ側ガス分配部材とを電気的に接続し、前記発電セルの前記一対の電極のうち一方を前記セル側ガス分配部材に電気的に接続するとともに、前記発電セルの前記一対の電極のうち他方を前記セル側ガス分配部材に電気的に絶縁させ、この他方の電極側における前記セル側ガス分配部材と前記セパレータ側ガス分配部材との間に、気密性を有する電気的絶縁層を設けたので、ガスシール性を確保しつつ電気的絶縁状態を確保することができる。
【００６３】
前記セパレータは、前記セパレータ側ガス分配部材に積層状態で接合する平板部と、この平板部の外周縁部から外側へ延びるテーパ部とをそれぞれ有し、前記発電セルは、前記一方の電極と前記セル側ガス分配部材とを金属板で接続したので、一方の電極をセル側ガス分配部材に電気的に接続しつつ、一方の電極のセル側ガス分配部材に対する接続を強固なものとすることができる。
【００６４】
前記セパレータと前記セパレータ側ガス分配部材とを電気的に絶縁させるとともに、前記発電セルの各電極と前記セル側ガス分配部材とを電気的に絶縁させたので、中心部のセパレータ側ガス分配部材とセル側ガス分配部材との積層体構成時に、電気的絶縁とガスシーリングを同時に取る必要がなく、ガスシーリングのみを考慮すればよく、積層組立工程が容易となってコストダウンを図ることができる。
【００６５】
前記セパレータを前記セパレータ側ガス分配部材に対して絶縁性接着剤で接続するとともに、電気的絶縁層となる前記電解質と前記セル側ガス分配部材とを金属板を介して接続したので、セパレータとセパレータ側ガス分配部材との間および、発電セルの両側の各電極とセル側ガス分配部材との間を、それぞれ電気的に絶縁することができる。
【００６６】
前記金属板を２枚の金属箔で構成し、この各金属箔の一方の端部を互いに突き合わせつつ前記セル側ガス分配部材に接合するとともに、他方の端部で前記電解質を両側から挟むようにして接続したので、この接続部で金属箔と電解質とを強固に固定することができる。
【００６７】
前記セパレータおよび前記発電セルの一対の電極の三つのうちのいずれか一つを、前記セル側またはセパレータ側ガス分配部材に電気的に接続する一方、他の二つを電気的に絶縁し、前記電気的に接続したガス分配部材と他のガス分配部材との間に電気的絶縁材を設けたので、電気的絶縁状態を容易に確保することができる。
【００６８】
前記セル側ガス分配部材および前記セパレータ側ガス分配部材のそれぞれの外周部と、前記テーパ部とした前記セパレータおよび前記発電セルのそれぞれの内周部とを、溶接により接続したので、拡散接合やロウ付けのような高温処理を要する手法を取る必要がなく、製造コストを抑えることができる。
【００６９】
前記セル側およびセパレータ側各ガス分配部材を、外形を互いに同形状として互いに重ね合わせるとともに、前記発電セルおよび前記セパレータを、その各テーパ部の傾斜角度を互いに同角度として互いに重ね合わせ、前記セルユニットおよび前記セパレータユニットを一組としてこれらを多数積層した積層体を、両端から加圧して締結したので、締結力を過大にすることなく、円錐形状部には効果的な積層圧力を印加でき、全体の結合強度を確保しつつ集電性能を確保することができ、発電効率が高いだけでなく振動による出力変動も減少する。
【００７０】
前記インターコネクタと前記セル側およびセパレータ側各分配部材との間には、前記２系統のガス流路にそれぞれ連通する空間を設けたので、この空間がガス分配室となり、中心部より２系統のガスを、ガス分配室となる各空間から、ガスを均一に反応系へ分配することができ、発電効率を高めることができる。また、この場合、空間を設ける際の特段の加工が必要がなく、コストも低減する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す固体酸化物型燃料電池の断面図である。
【図２】（ａ）は図１の燃料電池におけるセパレータユニットの断面図、（ｂ）は同セルユニットの断面図である。
【図３】（ａ）は図１の燃料電池におけるセパレータ側ガス分配部材の平面図、（ｂ）は同セル側ガス分配部材の平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す、図２に相当するセパレータユニットおよびセルユニットの断面図である。
【図５】図４の変形例を示す、図４（ｂ）に相当するセルユニットの断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す、図２に相当するセパレータユニットおよびセルユニットの断面図である。
【図７】図６（ｂ）に示すセルユニットの一部を拡大した断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態を示す、図２に相当するセパレータユニットおよびセルユニットの右半分のみを示す断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態を示す、図２に相当するセパレータユニットおよびセルユニットの右半分のみを示す断面図である。
【図１０】図９のセルユニットにおける金属箔相互間にガラスをを充填した例を示す断面図である。
【図１１】図９のセパレータユニットにおけるセパレータを２枚の金属箔で挟み込む例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  セパレータユニット
３  セルユニット
１５，１７  ガス流路
１９  セパレータ側ガス分配部材
２１，４９，５５  セパレータ
２３  セパレータの円盤部（平板部）
２５  セパレータのテーパ部
２７  セル側ガス分配部材
２９，４５  電解質（発電セル）
３１  電解質の円盤部（電気的絶縁層）
３０，４０  ガス流路に連通する空間
３５  空気極（電極，発電セル）
３７  燃料極（電極，発電セル）
３９，４１  集電体（インターコネクタ）
４３，６１，６３  金蔵箔（金属板）
４７，Ａ，Ｂ，Ｃ  電気的絶縁層
５７  絶縁性接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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